所謂數(shù)字制造,指的是在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫(kù)和多媒體等支撐技術(shù)的支持下,根據(jù)用戶(hù)的需求,迅速收集資源信息。對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和重組,實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的仿真以及原型制造,進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶(hù)要求性能的產(chǎn)品的整個(gè)制造過(guò)程。也就是說(shuō),數(shù)字制造實(shí)際上就是在對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化的描述而建立起的數(shù)字空間中完成產(chǎn)品的制造過(guò)程。
數(shù)字制造的概念,首先來(lái)源于數(shù)字控制技術(shù)(NC或CNC)與數(shù)控機(jī)床。數(shù)控技術(shù)就是用數(shù)字量及字符發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)。它不僅控制位置、角度、速度與機(jī)械量,也可控制溫度、壓力、流量等物理量。這些量的大小不僅可用數(shù)字表示,而且是可測(cè)、可控的。如果一臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)工作過(guò)程的命令是以數(shù)字形式來(lái)描述的,則稱(chēng)其為數(shù)控設(shè)備。顯而易見(jiàn),這遠(yuǎn)不是數(shù)字制造,卻是數(shù)字制造的一個(gè)十分重要的基礎(chǔ)。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,又出現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)機(jī)床,用一臺(tái)(或幾臺(tái))計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置進(jìn)行集中控制的方式,即所謂直接數(shù)字控制(DNC)。為適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化,發(fā)展了若干臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床和一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人協(xié)同工作,以便加工一組或幾組結(jié)構(gòu)形狀和工藝特征相似的零件。從而構(gòu)成所謂柔性制造單元(FMC),借助一個(gè)物流自動(dòng)化系統(tǒng),將若干柔性制造單元或工作站連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的加工自動(dòng)化就構(gòu)成了柔性制造系統(tǒng)。以數(shù)字量實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的物料流、加工流和控制流的表征、存儲(chǔ)與控制,就形成了以控制為中心的數(shù)字制造觀。
由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的結(jié)臺(tái),產(chǎn)生了以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心,以交互式圖形系統(tǒng)為手段,以工程分析計(jì)算為主體的一體化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)能夠在二維與三維的空間精確地描述物體,大大地提高了生產(chǎn)過(guò)程中描述產(chǎn)品的能力和生產(chǎn)率。正如數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床一樣,CAD的產(chǎn)生和發(fā)展為制造業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)字化和自動(dòng)化打下了基礎(chǔ)。
將CAD的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的制造、工藝規(guī)則等信息,使加工機(jī)械按照預(yù)定的工序和工步的組合和排序,選擇刀具、夾具、量具,確定切削用量,并計(jì)算每個(gè)工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間,這就是計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)。將包括制造、檢測(cè)、裝配等方面的所有規(guī)劃,以及面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)、錨造、工藝、管理、成本核算等所有信息數(shù)字化,轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所理解,并被制造過(guò)程的全階段所共享,從而形成了所謂CAD/CAM/CAPP。這就是基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)字制造觀。
從數(shù)字制造的概念出發(fā),可以清楚地看到,數(shù)字制造是計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造技術(shù)不斷融合、發(fā)展和應(yīng)用的結(jié)果,也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然。對(duì)制造設(shè)備而言,其控制參數(shù)均為數(shù)字信號(hào)。對(duì)制造企業(yè)而言,各種信息(包括圖形、數(shù)據(jù)甚至知識(shí)和技能)均以數(shù)字的形式通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)部傳遞。對(duì)全球制造業(yè)而言,用戶(hù)通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)發(fā)布需求信息,各大中小型企業(yè)則通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需求,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),動(dòng)態(tài)組合,迅速敏捷地協(xié)同設(shè)計(jì)制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。在數(shù)字制造環(huán)境下,在廣域內(nèi)形成了一個(gè)由數(shù)字織成的網(wǎng),個(gè)人、企業(yè)、車(chē)間、設(shè)備、經(jīng)銷(xiāo)商和市場(chǎng)成為網(wǎng)上的一個(gè)個(gè)結(jié)點(diǎn),由產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售過(guò)程中所賦予的數(shù)字信息成為主宰制造業(yè)的最活躍的驅(qū)動(dòng)因素。另一方面,數(shù)字制造包含了以控制為中心的數(shù)字制造、以設(shè)計(jì)為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。當(dāng)前,網(wǎng)絡(luò)制造是數(shù)字制造的全球化實(shí)現(xiàn),虛擬制造是數(shù)字工廠和數(shù)字產(chǎn)品的一種具體體現(xiàn),而電子商務(wù)制造是數(shù)字制造的一種動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。